Elektrienergia ülekandmine: kõrgepingevõrgud, liinid ja kaod

Elektrienergia ülekanne on elektri edastamine kohtadesse, kus seda kasutatakse. Täpsemalt öeldes on see elektrienergia massiline ülekandmine elektrijaamadest asustatud alajaamadesse. Elektrienergia jaotamine on elektrienergia edastamine alajaamast tarbijateni. Suure energiakoguse ja pikkade vahemaade tõttu toimub ülekanne tavaliselt kõrgepinge (110 kV või rohkem) juures.

Kõrgepingevõrgud ja pingetasemed

Kõrgepingevõrgud jagunevad tavaliselt pingetasemeteks: pinge aluseks valitakse 110 kV, 220 kV, 330–400 kV ja mõnes riigis veel kõrgemad primaarvõrgud. Kõrgem pinge võimaldab sama võimsuse edastamist väiksema vooluga, mis vähendab I²R-kaod ja nõuab kitsamaid juhtmeid. Suuremad pingetasemed on vajalikud eelkõige pikkadeks ülekanneteks ja suure võimsuse koondamiseks.

Peamised komponendid

• Elektrijaamad: toodavad aktiivset võimsust (P) ja juhivad võrku sagedust.
• Ülekandeliinid: õhuliinid ja maa-alused kaablid, mis kannavad elektrienergiat punktist A punkti B.
• Alajaamad: transformeerivad pingeid (näiteks 400/110 kV), sisaldavad kaitselülitusi, mõõtureid ja reaktiivvõimsuse reguleerimist.
• Transformaatorid: tõstavad pingeid ülekandeks ja alandavad pingeid jaotuseks või tarbimiseks.
• Kaitsesüsteemid: relee- ja automaatika, mis kaitsevad võrku rike korral ning lülitavad välja rikkealad.

Õhuliinid vs maa-alused kaablid

Enamik ülekanne toimub elektriõhuliinide kaudu — need on odavamad ehitada ja parandada ning sobivad pika vahemaa jaoks. Maa-alust elektriülekannet kasutatakse tihedalt asustatud piirkondades ja lühikeste jaotuste puhul, kus õhuliinide visualne või ruumiline mõju ei ole vastuvõetav. Maa-alused kaablid on kallimad, neis on suuremad termilised piirangud ning välitingimustest sõltumatud omadused; kaod ja soojushaldus võivad nõuda erilahendusi, eriti kõrgepingel.

Kaod ja nende põhjused

Ülekande käigus tekivad kaod peamiselt järgmiste mehhanismide kaudu:

• Juhtmekaod (I²R): elektrivool põhjustab juhtmete soojenemist — see on suurim osa kaodest.
• Korona- ja dielektrilised kaod: esinevad eriti väga kõrgetel pingetel ja halva ilmastiku korral.
• Transformaatorikaod: magnetiseerimis- ja tuledkaod transformaatoreis.
• Reaktiivvõimsuse mõju: liinide ja koormate faasinihke tõttu suureneb vool ning sellel on oma kulud.

Kaod sõltuvad voolust, juhtme takistusest, pingest ja liini pikkusest. Seetõttu kasutatakse pika ülekande korral kõrgemat pinget ning optimeeritakse liine, et vähendada kaod ja parandada kuluefektiivsust.

Kaod vähendavad ja tehnilised lahendused

• Kõrgem pinge: tõstab pingeid (näiteks 400 kV või HVDC), vähendades voolu ja seega ka I²R-kaod.
• HVDC (alalisvool): sobib väga pikkadeks vahemaadeks ja alampikkadeks mereliinideks — väiksemad kaod ja parem võime ühendada erineva sagedusega süsteeme.
• Parandatud juhtmematerjalid: hõbeni või alumiinium-sulametehnoloogiad, isegi ülijuhte uuritakse ja kasutatakse piiratud rakendustes.
• Reaktiivvõimsuse juhtimine: kondensaatorid, reaktorid ja SVC/STATCOM-süsteemid aitavad vähendada faasinihet ning voolu liigset suurenemist.
• Termilised ja soojustuse lahendused karmimates tingimustes, et maa-aluste kaablite ülekoormust minimeerida.

Võrgu topoloogia, usaldusväärsus ja majandus

Ülekandesüsteemi nimetatakse kõnekeeles sageli võrguks, kuid praktiliselt on tegemist tihti osaliselt meshlahendustega ja punkt-punkt ühendustega. Võrgud on kavandatud nii, et oleks võimalik suunata energiavooge mitme erineva marsruudi kaudu — see suurendab töökindlust ja võimaldab hooldust ilma tarbijatele suuri katkestusi tekitamata. Redundantsus ja mitmekordsed liinid võimaldavad taastumist rikete korral ning optimeerivad elektrienergia hinda, sest energiat saab suunata kõige odavama jaotustee kaudu.

Juhtimine, kaitse ja automaatika

Moderne ülekandesüsteem kasutab SCADA- ja EMS-süsteeme (juhtimis- ja energiahaldussüsteemid), mis võimaldavad reaalajas jälgida voolusid, pingeid ja seisukorda. Kaitserelee-d ja automaatsed lülitid isoleerivad rikked ning taastavad teenuse sihipäraste manöövrite abil. Samuti on olulised sageduse ja tasakaalu juhtimine, et kogu võrk püsiks stabiilsena — seda teostavad elektrijaamad, varukoormus ja automaatilised regulaatorid.

Keskkond, ohutus ja ruumikasutus

Ülekandeliinidel on keskkonna- ja ruumikasutuslik mõju: õhuliinid mõjutavad maastikku ja linnapilti, maa-alused kaablid vajavad kaevetöid ning võivad piirata tulevikuehitusi. Samuti käsitletakse EMV (elektromagnetväljade) küsimusi ja ohutuskaugusi inimeste ning loomade jaoks. Planeerimisel ja ehitamisel tuleb järgida õigusakte, kaitsealasid ning kohalike kogukondade huve.

Tulevikusuunad

Tulevikus muutuvad ülekandesüsteemid nutikamaks ja paindlikumaks: suurem taastuvenergia osakaal, hajutatud tootmine (põhja- ja väiksemad generatorsüsteemid), energiasalvestussüsteemid, HVDC-sildad suurte kauguste ülekandeks ning arenenud materjaliteadus (nt ülijuhtivad kaablid). Need arengud aitavad vähendada kaod, parandada töökindlust ja integreerida rohkem taastuvat energiat.

Elektrienergia ülekandmine on seega kombinatsioon insenertehnikast, majandusest ja planeerimisest — eesmärgiga viia energia võimalikult efektiivselt ja usaldusväärselt tootmiskohast tarbijani.

Küsimused ja vastused

K: Mis on elektriline jõuülekanne?

K: Mis on elektrienergia jaotamine?

K: Miks toimub ülekanne tavaliselt kõrgepinge juures?

K: Kuidas edastatakse elektrienergiat tavaliselt pikkade vahemaade taha?

K: Millal kasutatakse maa-alust elektriülekannet?

K: Mida nimetatakse vahel kõnekeeles elektriülekandesüsteemiks?

K: Mis on elektriülekandesüsteemi redundantsete liinide ja liinide eesmärk?

Otsing